水力学知识点

10连续介质实际流体模型

学问点0由质点组成的连续体,具有：易流淌性、粘滞性、不行压缩性、不计外表张力的性质.粘滞性：牛顿内摩擦定律dudy抱负流体模型：不考虑粘滞性。作用在液体上的力：质量力、外表力例：1.在静水中取一六面体分析其所受的外力作用在该六面体上的力有 〔〕〔a〕切向力、正压力 (b)正压力(c) 正压力、重力 (d)正压力、切向力、重力在明渠均匀流中取一六面体其所受的外力作用在该六面体上有 〔〕〔a〕切向力、正压力 (b)正压力(c)正压力、重力 (d)正压力、切向力、重力抱负流体与实际流体的区分仅在于，抱负流体具有不行压缩性。 〔〕第1章 水静力学静压强的特性垂直指向受压面。在同一点各方向的静压强大小与受压面方位无关.等压面：等压面是水平面的条件水静力学根本方程z g

pp0

gh根本概念静压强分布图5.点压强的计算利用：等压面、静压强根本方程。解题思路：①找等压面③利用静压强根本方程推求。6PbI图解法：IP解析法：P

ghAc

y y c作用在曲面上的静水总压力关键：压力体画法

D c yAc以曲面为底面，向自由液面〔自由液面延长面〕投影，曲面、铅锤面、自由液面所包围的水体为压力体。压力体与水在同一侧为实压力体，铅锤分力方向向下。反之，为虚压力体，铅锤分力方向向上。例1.流体内部某点存在真空，是指 〔〕〔a〕该点确实定压强为正值 〔b〕该点的相对压强为正值〔c〕该点确实定压强为负值 〔d〕该点的相对压强为负值流体内部某点压强为2个大气压，用液柱高度为 〔〕10米水柱 b)22米水柱 c)20米水柱 d)25米水柱无论流体作何种运动，流体内任何一个水平面都是等压面。 〔〕第2章 液体运动的流束理论描述流体运动的两种方法：拉格朗日(Lagrange)法、欧拉(Euler)法根本概念迹线和流线、流管、元流、总流和过水断面、流量和断面平均流速、一元流、二元流和三元流、恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流；渐变流、急变流。3.不行压缩均质流体连续性方程u ux yx

u z 0x y z1 恒定总流连续方程：A1

Av2 2抱负流体元流的能量方程p u2 p u2z 1 1 z 2 21 g 2g 2 g 2g实际流体元流的能量方程p u2 p u2z 1 1 z 2 2 h”1 g 2g 2 g 2g w实际流体恒定总流能量方程p v2 p

v2z 1 11 z 2 2 2h1 g 2g 2 g 2g

w12p v2 p

v2z 1 11 Hz 2

2 2hg 2gg 2g

w12能量方程应用留意事项〔三选〕〔可任选，以便利为原则〕〔必需是均匀流或渐变流断面，中间可为急变流〕〔可任选，以便利为原则〕恒定总流淌量方程2 2

v1

)F重量形式：Q(v v )F2 2x 12x xQ(2v2y1v2y)FyQ(v2 2z

v1

)Fz动量方程应用留意事项选择脱离体〔掌握面〕建立坐标系全面分析外力动量方程为矢量式，流速、力均有方向。方程左边为所取流段的动量的变化率，肯定是流出的动量减去流入的动量。三大方程联合应用〔1〕〔2〕〔1〕〔2〕定理对于任一物理过程，存在有n个物理量，总可以写成函数f(q,q,q1 2 3

qn

)0假设选择其中m 个物理量作为根本量〔流体力学中一般m3，一个几何量，一个动量，一个动力气理量可以用这3个根本量表示，写为无量纲的 式，共写出(n3)个有效 式，q 4 4 qqq1 2 3F(4,56....n)0通过量纲和谐原理建立其物理量之间的关系，此乃定理。例.1.在水箱上接出一条等直径圆管末端设有阀门已掌握流量假设水箱内水面不随时间变化、当阀门开度肯定时，管中水流为 〔〕(a)恒定均匀流〔b〕恒定非均匀流〔c〕非恒定均匀流〔d〕非恒定非均匀流恒定流肯定是均匀流。 〔〕在恒定流状况下，流线与迹线重合。 〔〕3章液流型态与水头损失1.液体流淌的两种型态层流：流体质点互不掺混，做有条不紊的规章运动。紊流：流体质点相互掺混，形成涡体，做杂乱无章的运动。管流：

Revd

RevR水头损失

Re2023 Rec l v2

500fhf

d2g0均匀流根本公式固体边界：0圆管过水断面上切应力的分布2.

gRJ 流体内部：gRJr0r0切应力：

dudy

gJu (r2r2)断面流速分布： 4 0最大流速〔管轴线上〕 gJ

max

gJr24 01断面平均流速： v

r2 8 0 2

maxh 64lv2f Red3g64

h

l v2令 Re

f d3g紊流的特征紊流中运动要素的脉动瞬时流速：u(t)u u”x x x1时均流速：

u x T

u(t)dtu u”x x xu”脉动流速：x紊流附加切应力

u ux x

du

l2( )2du1 2 dy dydu紊流流速分布u1

vlnyc对数曲线分布，流速分布均匀化了。此即粘流底层

1.0 1.0的缘由。受粘滞力作用，有一极薄层流体附在管壁上不流淌；在靠近固体边界四周的液层做层流运动，称之为粘性底层。粘性底层的厚度用 厚度不是一成不变的，与直径、雷诺数、粗糙度有关。紊流分区确定粗糙度K 粘性底层 紊流流核〔1〕水力光滑区 K0.4〔2〕过渡粗糙区 0.4K6〔3〕粗糙区〔阻力平方区〕K6尼古拉兹试验区，Re<2300，层流区 λ=f(Re)，区，Re=2300~4000，层流到紊流过渡区λ=f(Re,K/d)III区，105<Re>4000，紊流水力光滑区 λ=f(Re).=f(Re、K/d).区，粗糙管，λ=f(K/d).‘阻力平方区’。v2j局部损失计算公式： h 2gj突然放大局部损失计算公式的推导。(vv)2h 1 2 j 2gA v2 v2 A h(1 1)2

1

(1 1)2j A 2g

12g

A 2 A 2 A v22

v2

( 21)2h( j

1)

2 22

A A 2g 2g1 1等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是 〔 〕呈抛物线分布 (b)呈对数线分布(c)呈椭圆曲线分布 (d)呈双线分布2.壁面粗糙的管道肯定是水力粗糙管。〔〕3.在进展水力计算时，短管是指管道几何长度较短的管道。〔〕4.临界雷诺数的大小仅与流体的流速有关，与流体的性质无关。〔〕5紊流各区沿程阻力系数与ReKd的关系？7.层流与紊流的内部切应力有何不同？4孔口分类：大孔口与小孔口〔Hd

10Hd

10〕薄壁孔口与厚壁孔口自由出流与漂浮出流恒定出流与非恒定出流薄壁小孔口恒定出流2gH0Q2gH0QQ1.32A 2gHn0 n ， pc 0.75 收缩断面压强： 0管嘴工作条件：(a)l(3~4)d；(b)H 9m(水柱)0短管的水力计算流量公式：QA

1lld2gH2gH0总水头线与测压管水头线的画法。总水头线测压管水头线。规律：总水头线沿程总是下降的。〔反之〕测压管水头线沿程可升可降。总水头线与测压管水头线重合，为折线。长管的水力计算简洁管路lv2 8g l Q2 Q2计算公式：

Hh f

d2g c2

4R2gA2

lA2C2RKAC

R流量模数RHhf

Q2lK2粗糙区〔v12m/s

Hhf

Q2lK2水力光滑区或紊流过渡区〔v1.2m/s〕Hhf

kQ2lK2 l H h lQ2还可表示为： f8

d2g d2g2d4 g2d5s令： g2d5 〔比阻〕f粗糙区〔v12m/s：Hh SlQ2f水力光滑区或紊流过渡区〔v

1.2m/s〕Hh kSlQ2 kf —修正系数串联管路n

n Q2计算原则〔1〕H slQ2 H

i lii ii1

i1

K2 ii〔2〕Qi

qQi

〔节点流量〕并联管路〔1〕n n

h h h ....ff1 f2 f3f〔2〕

ii1

〔节点流量〕例：1.总水头线与测压管水头线的根本规律之一，是： 〔 〕〔c〕测压管水头线沿程上升。〔d〕测压管水头线总是沿程下降的。外延管嘴的正常工作条件是 〔 〕3-49(c)管长l<(3-4)d9〔b〕管长l=(3-4)d，作用水头小于95章明渠恒定均匀流明渠的分类：按渠身形式分类： 棱柱形渠道 非棱柱形渠道按底坡分类：顺坡渠道i0；逆坡渠道i0；平坡渠道i0按渠道断面分类：梯形渠道、矩形渠道、复式断面渠道……流淌形态：明渠恒定流、明渠非恒定流、明渠均匀流、明渠非均匀流明渠非均匀流又分为：急变流与渐变流明渠均匀流的水力特征：iJ J底坡线、水面线、总水头线，三线平行。 P水深、过流断面的外形、尺寸；断面平均流速及流速分布沿程不变水体重力沿水流方向的分力等于固体边界对水流的摩阻力。②渠道为长、直棱柱型渠道③i和n沿程不变④顺坡渠道4、明渠均匀流的根本公式

QACRiRiQKRiRi

KACi1 1i

流量模数R1R谢齐系数：C n

6〔曼宁公式〕C Ry〔巴氏公式〕n5、水力最优断面定义：在过流断面的面积、糙率、底坡肯定前提下，通过流量最大的断面11m2对于梯形断面渠道：h

(b)hh

2(

m)矩形渠道： b2h h明渠均匀流水力计算的根本问题iQKiiQ2设计渠道的底坡： K2〔试算或图解法〕6章明渠恒定非均匀流第7章 水跃1、明渠水流流淌类型方干扰波波速方干扰波波速弗劳德数临界水深临界底坡法cghmFrvghmhiKK流态缓流vcFr1.0hh iiK K临界流vcFr1.0hh iiK K急流vcFr1.0hhkiiK断面单位能量〔断面比能〕Ehv2s 2g

E hQ2s 2gA2

E f(h)sQ2 A3 K临界流方程：g BK跌水与水跃〔1〕跌水现象

〔矩形渠道:h 〕3q3q2g缓坡接陡坡的渠道〔2〕水跃现象〔1〕水跃方程：

缓坡渠道末端有跌坎Q2∵gA

Ayc

f(h)

(h”)(h“)∴〔3〕水跃的类型临界式水跃h∴t

h“(b)

hh“漂浮式水跃 t(c)

远驱式水跃

hh“t临界水深、临界底坡、缓坡、陡坡水面曲线的定性绘制〔缓坡、陡坡〕水面曲线变化根本规律全部a型、C型曲线都是壅水曲线。全部b型曲线都是降水曲线。水面曲线具有不同的凹凸性。性绘制水面曲线的方法与原则依据底坡或水深，按均匀流条件，推断急流、缓流，确定N-N线与K-K线。视底坡转变或水工建筑物的影响，分析水流加速，还是减速，推断水面曲线是壅水曲线还是降水曲线。水流受阻，水流减速运动，水深变大，为壅水曲线，反之为降水曲线。把底坡转变或水工建筑物的影响，视为干扰，确定对上游的影响。假设上游急流，这个干扰形成的波不向上游传播，上游水面为均匀流，水面线不变；假设为缓流，干扰波向上游传播，上游水面曲线变化。从急流到缓流消灭水跃，从缓流到急流发生跌水。例：1.明渠水流，从急流过渡到缓流，发生跌水。----------------〔 〕2.明渠水流，从急流过渡到缓流，发生跌水跌。---------------〔 〕3.跌水的形成条件是 〔 〕〔a〕从急流过渡到急流 〔b〕从急流过渡到缓流〔c〕从缓流过渡到急流 〔d〕从缓流过渡到缓流8堰流的分类

0.67

0.67H

2.5宽顶堰：

2.5H

10.0Qmb2gH1.5

Qmb

2gH1.52g堰流根本公式 0 0 2g有侧向收缩：

Qm0

H1.5漂浮出流：

Qm 2gH1.503、宽顶堰〔1〕宽顶堰自由出流〔1〕〔2〕堰顶上水流为急流。宽顶堰漂浮出流〔1〕一次水面跌落，下游消灭动能恢复z堰顶上水流为缓流。宽顶堰漂浮过程及漂浮标准

〔2〕〔1〕必要条件：h0s〔2〕充分条件：h 0.8Hss 0第12章 液体运动的流畅理论质点的速度、加速度uxuyu

u(x,y,z)xu(x,y,z)yu(x,y,z)z z质点加速度的表达式〔欧拉法〕ua xx t

uu xx x

uu y y

uu xz z液体质点运动的根本形式有旋流与无旋流 1 u u ( z y)x 2